CN115199248B - 一种趾端滑套电控液压锁定装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种趾端滑套电控液压锁定装置，包括趾端滑套机构，其包括设置有压裂孔的本体和滑动连接在所述本体内的滑套；以及设置在所述趾端滑套机构下端的电控短节，所述电控短节能够锁定和开启所述滑套，当锁定所述滑套时，所述滑套在所述本体内固定；当开启所述滑套时，所述滑套在压力的作用下在所述本体内滑动；其中，所述电控短节构造成能够控制所述滑套的开启的压力，并且能够设定延时开启的时间。本发明其可满足全通径设计，在入井、试压和压裂过程中无操作压力限制，开启压力和延时时间可调，自编程设计，无需地面供电和操控，系统在设定的延时时间之后，趾端滑套在较低的压力下就可以开启，实现油气井的首段压裂。

Description

一种趾端滑套电控液压锁定装置

技术领域

本发明涉及一种趾端滑套电控液压锁定装置，属于完井工具装备。

背景技术

油气井完井增产主要采用压裂技术，其中泵送桥塞与射孔联作作为页岩气主要的完井方式，采用首段射孔技术需要花费较长的井场作业时间和作业成本，深层页岩气开发，水平井趾端射孔枪输送困难，射孔费用高。采用压差滑套用于趾端压裂虽然省去了首段射孔作业，但为了匹配合适的施工压力，其提前开启风险高，最重要的是，现阶段国内外一些页岩气井在压裂前需要对套管进行试压，而试压的压力通常达到最大的预期工作压力，压差滑套难以满足作业要求。针对现场需求，国内外研究人员研制了一种可延时开启的趾端滑套，采用液压油在一定压力下流经节流阀来实现一定时间的延迟，来满足试压一段时间的要求，但这种延时机构针对不同开启压力和延时时间都需要定制，其延时性能受井筒压力、节流阀和滑套腔体体积大小等影响。

发明内容

针对现有技术中所存在的上述技术问题，本发明提出了一种趾端滑套电控液压锁定装置，其可满足全通径设计，在入井、试压和压裂过程中无操作压力限制，开启压力和延时时间可调，自编程设计，无需地面供电和操控，系统在设定的延时时间之后，趾端滑套在较低的压力下就可以开启，实现油气井的首段压裂。

本发明提出了一种趾端滑套电控液压锁定装置，包括：

趾端滑套机构，其包括设置有压裂孔的本体和滑动连接在所述本体内的滑套；以及

设置在所述趾端滑套机构下端的电控短节，所述电控短节能够锁定和开启所述滑套，当锁定所述滑套时，所述滑套在所述本体内固定；当开启所述滑套时，所述滑套在压力的作用下在所述本体内滑动；

其中，所述电控短节构造成能够控制所述滑套的开启压力，并且能够设定延时开启的时间。

本发明的进一步改进在于，所述电控短节上设置有用于检测所述滑套所受压力的压力检测装置，以及控制所述滑套锁定和开启的液压锁机构；

所述电控短节上还设置有逻辑电路控制器，所述逻辑电路控制器用于采集所述压力检测装置检测的信号，并控制所述液压锁机构。

本发明的进一步改进在于，所述滑套的外壁的下部设置有环形槽，所述环形槽与所述本体内壁组成环形的液压腔。

本发明的进一步改进在于，所述电控短节的下部设置有电控腔体，所述压力检测装置、所述液压锁机构、所述逻辑电路控制器以及高温电池组均设置在所述电控腔体内；

所述电控短节的上部还设置有连通所述电控腔室和所述液压腔的第一导压孔和第二导压孔；所述第一导压孔连接所述压力检测装置，第二导压孔连接所述液压锁机构。

本发明的进一步改进在于，所述压力检测装置包括第一缸体，所述第一缸体内设置有第一活塞；所述第一活塞的活塞杆滑动密封设置在所述第一导压孔内；

所述第一缸体内设置有测量所述缸体内压力的压力传感器；所述第一缸体的后端设置有第一通孔，所述压力传感器的控制线通过所述第一通孔导出并连接所述逻辑电路控制器。

本发明的进一步改进在于，所述液压锁机构包括多级压力转换机构以及磁力锁紧机构；

其中，所述多级压力转换机构的前端设置有第二活塞，所述第二活塞的活塞杆滑动设置在所述第二导压孔内；所述第二活塞接受所述第二导压孔的压力，并通过多级转换机构将压力逐级减小，最后传递到所述磁力锁紧机构。

本发明的进一步改进在于，所述多级压力转换机构包括一级缸体，所述第二活塞设置在所述一级缸体内；所述一级缸体的后端设置有二级缸体，所述二级缸体内设置有第三活塞；所述二级缸体的后端设置有三级缸体，所述三级缸体内设置有第四活塞；

其中，所述第四活塞的后端连接所述磁力锁紧机构。

本发明的进一步改进在于，所述二级缸体的前部设置有二级活塞孔，所述第三活塞的活塞杆滑动设置在所述二级活塞孔内；

所述二级缸体上设置有T型孔，所述T型孔包括沿径向贯通的径向部分，以及连通所述第三活塞前端的轴向部分。

本发明的进一步改进在于，所述第三活塞的活塞杆上设置有与所述T型孔的径向部分相对应的第一销孔；在初始状态时，所述T型孔与所述第一销孔通过第一销钉相连。

本发明的进一步改进在于，所述三级缸体上设置有沿径向的第四通孔，所述第四活塞上设置有第二销孔，所述第四通孔与所述第二销孔通过第二销钉相连。

本发明的进一步改进在于，所述磁力锁紧机构包括永磁体和电磁铁；所述逻辑电路控制器控制所述电磁铁的线圈的通电状态。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明所述一种趾端滑套电控液压锁定装置，能降低趾端滑套提前打开的作业风险，精确控制的延时程序保证压裂前全井筒试压过程中滑套不开启，模块化的电控系统，大大的简化了安装与调试过程，能有效提高趾端滑套在入井、试压与压裂过程中的安全与稳定性。

本发明所述一种趾端滑套电控液压锁定装置设置有逻辑电路控制器，通过逻辑编程设计，能有效识别滑套的工作状态，按需提供锁定力。对滑套的初始锁定力、延时时间可按需调节设置，无需改变趾端滑套结构，广泛适用于不同压力要求的油气井。

附图说明

下面将结合附图来对本发明的优选实施例进行详细地描述，在图中：

图1所示为本发明的一个实施例的趾端滑套电控液压锁定装置的结构示意图；

图2所示为本发明的一个实施例的液压锁机构的结构示意图；

图3所示为本发明的一个实施例的压力检测装置的结构示意图。

附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。

在附图中各附图标记的含义如下：1、趾端滑套机构，2、电控短节，3、压力检测装置，4、液压锁机构，11、本体，12、滑套，13、压裂孔，14、液压腔，15、上接头，16、下接头，21、第一导压孔，22、第二导压孔，23、电控腔体，24、密封套，31、第一缸体，32、第一活塞，33、压力传感器，34、第二通孔，35、封头，36、第一通孔，41、多级压力转换机构，42、磁力锁紧机构，43、第二活塞，44、一级缸体，45、二级缸体，46、三级缸体，47、第三活塞，48、第四活塞，49、第三通孔，50、T型孔，51、第四通孔。

具体实施方式

为了使本发明的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本发明的示例性实施例进行进一步详细的说明。显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。并且在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以互相结合。

图1示意性地显示了根据本发明的一个实施例的一种趾端滑套电控液压锁定装置，其包括趾端滑套机构1。所述趾端滑套机构1包括本体11和滑动设置在本体11内的滑套12，本体11上设置有压裂孔13，滑套12在初始状态时挡住压裂孔13，使压裂孔13处于关闭状态；当在压力的作用下，滑套向下移动从而移开压裂孔13的位置，使压裂孔13打开，从而进行压裂。

趾端滑套结构的下端设置有电控短节2，所述电控短节2能够锁定和开启所述滑套12，当锁定所述滑套12时，所述滑套在所述本体11内固定；当开启所述滑套12时，所述滑套在压力的作用下在所述本体11内滑动。

其中，电控短节2构造成能够控制所述滑套12的开启压力，并且能够设定延时开启的时间。

例如，电控短节2设置一个压力阈值，当趾端滑套机构1正处在全井筒试高压阶段，压力会超过阈值。电控短节2在延时一定的时间后开启所述滑套。

在一个实施例中，所述电控短节2上设置有压力检测装置3，所述压力检测装置3用于检测滑套所受到的压力。电控短节2上还设置有液压锁机构4，所述液压锁机构4控制所述滑套锁定或开启。所述电控短节2上还设置有逻辑电路控制器，所述逻辑电路控制器用于采集所述压力检测装置3检测的信号，并控制所述液压锁机构4。

在使用根据本实施例所述的趾端滑套电控液压锁定装置时，所述压力检测装置3检测滑套所受到的压力，并将压力信息传递到逻辑电路控制器，逻辑电路控制器根据压力信息判断是否处于全井筒试高压阶段，当一段时间的平均压力均超过设定的阈值时，则认定处于全井筒试高压阶段，按照设定的延时时间控制所述液压锁机构4开启所述滑套。

在一个实施例中，所述滑套的外壁的下部设置有环形槽，所述环形槽与所述本体11内壁组成环形的液压腔14。液压腔14的下端连接电控短节2，电控短节2的内壁与环形槽的外壁相配和，滑套受到压力向下移动时环形槽的外壁与电控短节2的内壁相对滑动，环形槽上端挤压液压腔14的体积，液压腔14内的压力增大。压力检测装置3检测液压腔14内的压力从而得到滑套所受压力。

在一个实施例中，所述电控短节2的下部设置有电控腔体23，所述压力检测装置3、所述液压锁机构4和所述逻辑电路控制器、电池组均设置在所述电控腔体23内。如图1所示，电控短节2的外壁设置有密封套24，密封所述电控腔体23。所述电控短节2的上部还设置有连通所述电控腔室和所述液压腔14的第一导压孔21和第二导压孔22；所述第一导压孔21连接所述压力检测装置3，第二导压孔22连接所述液压锁机构4。

在根据本实施例所述的趾端滑套电控液压锁定装置中，第一导压孔21和第二导压孔22用于传导液压腔14内的压力，压力检测装置3通过第一导压孔21检测液压腔14的压力；液压锁机构4通过密封锁定第二导压孔22使液压腔14内的液体不能通过第二导压孔22排出，从而保证滑套不会滑动；当液压锁机构4打开时，液压腔14内的液体从第二导压孔22排出，完成泄压，滑套可以向下移动。

在一个实施例中，所述压力检测装置3包括第一缸体31，所述第一缸体31内设置有第一活塞32。所述第一活塞32的活塞杆滑动密封设置在所述第一导压孔21内。所述第一缸体31内设置有测量所述缸体内压力的压力传感器33；所述第一缸体31的后端的封头35上设置有第一通孔36，所述压力传感器33的控制线通过所述第一通孔36导出并连接所述逻辑电路控制器。在本实施例中，朝向井口的一端为上端或前端，远离井口的一端为下端或后端。

在根据本实施例所述装置中，第一缸体31、第一活塞32组成压力转换机构，压力传感器33所测量的压力为压力转换机构转换后的压力，而不是直接测量液压腔14及第一导压孔21中较大的压力值，使压力传感器33测量的范围更合适，测量的范围更大。

在一个优选的实施例中，所述第一缸体31的前端设置有第二通孔34。第二通孔34与压力传感器33分别布置在第一活塞32的两侧，在第一活塞32收到压力的作用向下移动时，第二通孔34可以补充流体，防止第一活塞32的前端形成真空，影响测量液压腔14内的压力。

在一个实施例中，所述液压锁机构4包括多级压力转换机构41以及磁力锁紧机构42。多级压力转换机构41能够将压力逐级减小到合适的值，磁力锁紧机构42能够通过电磁锁紧或分离，受到逻辑电路控制器的控制当通电时锁紧，断电时分离。在本实施例中，所述多级压力转换机构41的前端设置有第二活塞43，所述第二活塞43的活塞杆滑动设置在所述第二导压孔22内；所述第二活塞43接受所述第二导压孔22的压力，并通过多级转换机构将压力逐级减小，最后传递到所述磁力锁紧机构42。

液压腔14和第二导压孔22内的压力值较大，如果直接连接磁力锁紧机构42则需要磁力锁紧机构42的锁紧力很大才能抵消液压腔14内的压力值，这样，要求的磁力机构或其他组件体积和功率较大，不便于安装在电控腔体23内。经过多级压力转换机构41逐级减小，传递过来的压力值较小，则磁力锁紧机构42只需要较小的磁力就能够抵消压力值。通过本实施例的液压锁机构4的结构，节省了安装磁力锁紧机构42的空间。

在一个实施例中，所述多级压力转换机构41包括一级缸体44，所述第二活塞43设置在所述一级缸体44内；所述一级缸体44的后端设置有二级缸体45，所述二级缸体45内设置有第三活塞47；所述二级缸体45的后端设置有三级缸体46，所述三级缸体46内设置有第四活塞48。其中，所述第四活塞48的后端连接所述磁力锁紧机构42。经过三级压力转换就能够满足磁力锁紧机构42锁紧力的要求，根据实际的需要还可以增加或减少缸体的数量。

在一个优选的实施例中，所述一级缸体44的前端设置有第三通孔49。第三通孔49能够在第二活塞43移动时通气，保证一级缸体44的前端不会产生真空，影响一级缸体44内的压力。

在一个优选的实施例中，所述二级缸体45的前部设置有二级活塞孔，所述第三活塞47的活塞杆滑动设置在所述二级活塞孔内。所述二级缸体45上设置有T型孔50，所述T型孔50包括沿径向贯通的径向部分，以及连通所述第三活塞47前端的轴向部分。

在安装根据本实施例所述装置时，初始状态第三活塞47处于二级缸体45的最前端，其活塞杆在二级活塞孔内，并且活塞杆的前端距离二级活塞孔的前端有一定的长度，使二级活塞孔有一定的空间用于传压。T型孔50与第三通孔49的作用相似，起到防止抽真空的作用。

在一个优选的实施例中，所述第三活塞47的活塞杆上设置有与所述T型孔50的径向部分相对应的第一销孔；在初始状态时，所述T型孔50与所述第一销孔通过第一销钉相连，为第三活塞47起到初始定位的作用，当安装完成后抽出第一销钉。

在一个实施例中，所述三级缸体46上设置有沿径向的第四通孔51，所述第四活塞48上设置有第二销孔，所述第四通孔51与所述第二销孔通过第二销钉相连。第四通孔51和第二销钉的作用与T型孔50和第一销钉的作用相同。

在一个实施例中，所述磁力锁紧机构42包括永磁体和电磁铁；所述逻辑电路控制器控制所述电磁铁的线圈的通电状态。永磁体和电磁铁之间可以是通过磁吸的方式选择性地相连，也可以是相互配合叠加的方式与其他固定组件相连。

在一个实施例中，所述本体11的上端设置有上接头15，电控短节2的下端设置有下接头16。上接头15和下接头16用于连接上下游的组件。

在安装根据本实施例所述装置时，首先，需要密封滑套与本体11之间的液压腔14，并采用液压油填充，在本体11的下端连接电控短节2。同时，将压力检测装置3、液压锁机构4和逻辑电路控制器安装在电控腔体23内。之后再将密封套24连接在电控短节2上，并在电控短节2的下端设置下接头16。

本实施例所述装置对滑套的锁定过程为，当本实施例所述装置在井内部署后，在井内液体的压力下，由于滑套两端面的面积差，会产生推动滑套移动打开的驱动力，这样，填充在滑套与本体11之间液压腔14内的液压油也会受到压力。

由于液压锁机构4的第二活塞杆一端伸入第二导压孔22中，对液压腔14中的液压油起密封作用，当液压锁机构4的第二活塞杆锁定在一固定位置，液压腔14中的液压油将无法从第二导压孔22排出，从而使滑套也处于固定位置，实现滑套的液压锁定。

其中，液压锁机构4实现对第二活塞杆锁定的过程为，液压锁机构4包含多级压力转换机构41以及磁力锁紧机构42，通过对多级压力转换机构41的活塞杆两端面的截面差，实现压力的转换降低，并采用磁力锁紧机构42实现对活塞杆的位置锁定。多级压力转换机构41的液压缸能有效的降低锁定活塞杆需要的保持力，从而减小磁磁力锁紧机构42的锁定力，减小电磁锁的体积、降低电磁锁的功耗。

磁力锁紧机构42优选为磁保持式电磁铁，其由永磁体和电磁铁共同构成，其中永磁体给活塞杆提供一个恒定的锁定力，实现滑套在入井和部署过程中的锁定，电磁铁会根据需要，通过逻辑电路控制器实现电磁铁的通断电，实现与永磁体的锁定力叠加，达到全井筒试高压所需的锁定力。

本实施例所述装置用于采集处理传感器信号和控制锁定装置的逻辑电路控制器，其逻辑控制过程为：本实施例所述装置在部署和作业过程中，压力传感器33实时监测井内压力，在控制器对压力传感器33信号处理过程中，设定一低于电磁锁紧机构中永磁体的锁定力的阈值，当监测到滑套所受压力达到这一阈值时，启动电磁铁一段时间，从而增加滑套的锁紧力。一段时间之后，如果压力传感器33在这段时间内采集的压力信号的平均值低于阈值，则电磁铁断电，压力传感器33继续监测井内压力。如果压力传感器33在这段时间内采集的压力信号的平均值高于阈值，则认为趾端滑套正处在全井筒试高压阶段，逻辑电路控制器开启时间计时器，滑套进入延时开启阶段，延时时间根据现场需求，在控制系统编程时提前设定。在延时阶段，电磁铁一直通电，滑套锁定力由永磁体和电磁铁共同提供，直到延时时间结束，电磁铁断电，完成全井筒试高压工况。

全井筒试高压工况结束后，整套电控装置的逻辑处理过程全部完成，此时滑套的锁定力由永磁体提供，当需要开启滑套压裂时，只需要井内憋压超过永磁体对滑套的锁定力即可。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。因此，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和/或修改，根据本发明的实施例作出的变更和/或修改都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种趾端滑套电控液压锁定装置，其特征在于，包括：

趾端滑套机构（1），其包括设置有压裂孔（13）的本体（11）和滑动连接在所述本体（11）内的滑套（12）；以及

设置在所述趾端滑套机构（1）下端的电控短节（2），所述电控短节（2）能够锁定和开启所述滑套（12），当锁定所述滑套（12）时，所述滑套（12）在所述本体（11）内固定；当开启所述滑套（12）时，所述滑套（12）在压力的作用下在所述本体（11）内滑动；

其中，所述电控短节（2）构造成能够控制所述滑套（12）的开启压力，并且能够设定延时开启的时间；所述电控短节（2）上设置有用于检测所述滑套（12）所受压力的压力检测装置（3），以及控制所述滑套（12）锁定和开启的液压锁机构（4）；所述电控短节（2）上还设置有逻辑电路控制器，所述逻辑电路控制器用于采集所述压力检测装置（3）检测的信号，并控制所述液压锁机构（4）；

电控短节（2）的上部还设置有连通电控腔体和液压腔的第一导压孔（21）和第二导压孔（22）；所述第一导压孔（21）连接所述压力检测装置（3），第二导压孔（22）连接所述液压锁机构（4）；

所述压力检测装置（3）包括第一缸体（31），所述第一缸体（31）内设置有第一活塞（32）；所述第一活塞（32）的活塞杆滑动密封设置在所述第一导压孔（21）内；所述第一缸体（31）内设置有测量所述缸体内压力的压力传感器（33）；所述第一缸体（31）的后端设置有第一通孔（36），所述压力传感器（33）的控制线通过所述第一通孔（36）导出并连接所述逻辑电路控制器；

所述液压锁机构（4）包括多级压力转换机构（41）以及磁力锁紧机构（42）；其中，所述多级压力转换机构（41）的前端设置有第二活塞（43），所述第二活塞（43）的活塞杆滑动设置在所述第二导压孔（22）内；所述第二活塞（43）接受所述第二导压孔（22）的压力，并通过多级转换机构将压力逐级减小，最后传递到所述磁力锁紧机构（42）。

2.根据权利要求1所述的趾端滑套电控液压锁定装置，其特征在于，所述滑套（12）的外壁的下部设置有环形槽，所述环形槽与所述本体（11）内壁组成环形的液压腔（14）。

3.根据权利要求2所述的趾端滑套电控液压锁定装置，其特征在于，所述电控短节（2）的下部设置有电控腔体（23），所述压力检测装置（3）、所述液压锁机构（4）、所述逻辑电路控制器以及高温电池组均设置在所述电控腔体（23）内。

4.根据权利要求3所述的趾端滑套电控液压锁定装置，其特征在于，所述多级压力转换机构（41）包括一级缸体（44），所述第二活塞（43）设置在所述一级缸体（44）内；所述一级缸体（44）的后端设置有二级缸体（45），所述二级缸体（45）内设置有第三活塞（47）；所述二级缸体（45）的后端设置有三级缸体（46），所述三级缸体（46）内设置有第四活塞（48）；

其中，所述第四活塞（48）的后端连接所述磁力锁紧机构（42）。

5.根据权利要求4所述的趾端滑套电控液压锁定装置，其特征在于，所述二级缸体（45）的前部设置有二级活塞孔，所述第三活塞（47）的活塞杆滑动设置在所述二级活塞孔内；

所述二级缸体（45）上设置有T型孔（50），所述T型孔（50）包括沿径向贯通的径向部分，以及连通所述第三活塞（47）前端的轴向部分。

6.根据权利要求5所述的趾端滑套电控液压锁定装置，其特征在于，所述第三活塞（47）的活塞杆上设置有与所述T型孔（50）的径向部分相对应的第一销孔；在初始状态时，所述T型孔（50）与所述第一销孔通过第一销钉相连。

7.根据权利要求6所述的趾端滑套电控液压锁定装置，其特征在于，所述三级缸体（46）上设置有沿径向的第四通孔（51），所述第四活塞（48）上设置有第二销孔，所述第四通孔（51）与所述第二销孔通过第二销钉相连。

8.根据权利要求7所述的趾端滑套电控液压锁定装置，其特征在于，所述磁力锁紧机构（42）包括永磁体和电磁铁；所述逻辑电路控制器控制所述电磁铁的线圈的通电状态。